高聚物的溶液性质-2高聚物的溶解和溶剂的选择
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粘度法测定高聚物的相对分子质量粘度法是一种常用的方法来测定高聚物(聚合物)的相对分子质量。
它基于高聚物分子在溶液中的流动性质与分子质量之间的关系。
在进行粘度法测定之前,需要确定合适的实验条件和测定原理。
一、实验条件1.选择合适的溶剂:溶剂应具有与高聚物相容性好、可对高聚物进行良好的溶解以及测量粘度的条件。
(例如,对于聚乙烯醇,水是常用的溶剂)2.控制温度:温度会对粘度值产生较大影响,因此需要在恒温条件下进行实验。
3.粘度计的选择:常用的粘度计有奈米粘度计、卡诺粘度计、光纤旋光粘度计等。
需根据具体情况选择合适的粘度计。
二、测定原理高聚物在溶液中的流动性质与其相对分子质量有关,分子量较大的高聚物流动性较差,因此溶液的粘度值会随着高聚物分子量的增大而增大。
粘度法通过测量高聚物溶液的粘度值,从而间接推算出高聚物的相对分子质量。
三、实验步骤1.准备高聚物溶液:根据所选溶剂的配比,将一定质量的高聚物溶解于溶剂中,并彻底搅拌,直到高聚物完全溶解。
2.校正粘度计:用纯溶剂测量粘度计的零点,然后用标准物质(例如苯酚、萘酚等)来校正粘度计,以确保测量结果的准确性。
3.测量粘度:将装有高聚物溶液的容器放置在保持恒温的温水槽中,保持一定的温度,并等待溶液充分平衡。
然后将准备好的粘度计浸入溶液中,并等待一段时间让溶液与粘度计达到热平衡。
之后,开始测量粘度。
通常,需要测量多个时间点的粘度值,以获取精确的结果。
4.重复测量:进行多次测量以确认结果的准确性,并计算平均值。
5.构建标准曲线:根据已知分子量的标准品制备溶液,并测量其粘度值。
将不同分子量的标准品的粘度值与相对分子质量进行绘图,得到标准曲线。
6.根据标准曲线计算未知样品的相对分子质量:通过测量未知样品的粘度值,并根据标准曲线拟合计算得到样品的相对分子质量。
四、注意事项1.在测量前要完全溶解样品,以避免溶液中存在固体颗粒影响测量结果。
2.测量过程中要保持恒温环境,温度的变化会对粘度值产生较大的影响。
第八章高分子溶液性质及其应用第一部分内容简介§高分子的溶解一.溶解的过程:非交联高聚物:溶胀溶解;结晶高聚物:晶区破坏→再溶解交联高聚物:只溶胀特点:(1) 溶胀→溶解,对结晶高聚物则是先(2) 溶解时间长二.溶剂的选择原则1. 极性相近原则: 非极性体系PS :苯甲苯丁酮2. 溶度参数相近原则: δ=(ΔE/V)1/2△Fm=△Hm-T△Sm<0T>0,△Sm>0,则△Hm<T「△Sm「△Hm=Vφ1φ2〔(△E/V1)1/2-(△E/V2)1/2〕2V 总体积φ1 φ2 体积分数令(△E/V)1/2=δ则△Hm=Vφ1φ2(δ1-δ2)2若「δ1-δ2「→0 则△Hm越小△Hm-T△Sm<0对于混合溶剂δ=φAδA+φ2δB3.溶剂化原则—广义的酸碱原则如PAN-26(δ=)不溶于乙醇(δ=26)而能溶于甲基甲酰胺—C(O)—NH2—因为C—C(CN)—和CH3—CH2(OH)—都是亲电基团亲核(碱)基团有:CH 2NH 2>C 6H 6NH 2>—CO —N(CH 3)2>—CO —NH>PO 4 >—CH 2—CO —CH 2>CH 2—O —CO —CH 2>—CH 2—O —CH 2—亲电(酸) 基团有:—SO 2OH>—COOH>—C 6H 4OH>—CH(CN)—>—C(NO 2)—>—C(Cl)—Cl> —C(Cl)—§ 高分子稀溶液热力学理想溶液性质△S mi =-R(N 1lnx 1+N 2lnx 2) △H mi =o△F mi =RT(n 1lnx 1+n 2lnx 2)高分子稀溶液(Flory-Huggin 理论)假设(1) 每个溶剂分子和链段占有格子的几率相同 (2)高分子链是柔性的,所有构象能相同思路: △μ→△F →△S m = △H m =一、△S m 的求法设溶剂分子数为N 1链,大分子数为N 2 每个链段数为x 则格子总数为N=N 1+xN 2若已放入i 个链,则i +1个链的放法数为w i +1第1个链段放法为 N-iN 2 第2个链段放法为 NiN N z12--第3个链段放法为Nxj N z 2)1(---第x 个链段放法为Nx xj N z 1)1(+---则i+1个链段放法为1x 2)1(1-+-=+Nz z Wi x N I 个大分子总的放法为 n=∏-=+1122!1N i i w N =!!)1(!12)1(22xN N N N z N x N --- S 溶液=kln n=-k[N 1lnez x N xN N N N xN N N 1ln )1(ln 12212221---+++N 1=0时 S 溶质=-k(N 2lnx+(x+1)N 2lnez 1-) △S m =S 溶液-(S 溶质+S 溶剂)=-k (N 1ln2122211ln xN N xN N xN N N +++)△S m =-R(n 1ln φ1+ n 2ln φ2)二、△H m 的求法△Hm=P 12△ε12 △ε12=ε12-(21ε11+ε12) P 12=[(z-2)x+2]N 2211xN N N +=(z-2)N 1φ2X 1=Tz )2(-△ε12 △H m =RTx 1n 1φ2(1)ΔSm=-R(n 1ln φ1+ n 2ln φ2)其中φ1=211xN N N + φ2=212xN N xN +(2)△Hm=RTX 1n 1φ2 其中X 1=RTz 12)2(ε∆-三、△F m =△H m -T ΔS m=RT[n 1ln φ1+ n 2ln φ2 +n 1X 1φ2 ]四、△μ1的求法△μ1=[P Tn n Fm 2])(1∂∆∂ = RT[ln φ1+ )11(x-ln φ2 +X 1φ2 2] ln φ1= ln(1-φ2)=- φ2-(1/2)φ22△μ1= RT[(-1/X)ln φ2 +X 1-21φ2 2] 而理想溶液 △μ1I =-RTX 2=-RTN 2=-xRTφ2 超额化学位 △μ1E =△μ1-△μ1I△μ1E =RT(X 1-21)φ22 溶解过程判据 五、Θ温度的定义X 1-21=Κ1-Ψ1 Κ1:热参数Ψ1:熵参数定义 Θ=11ψK T/Θ=11K ψΘ温度即为热参数等于熵参数的温度 § 相分离原理∵ 化学位 △μ1/(RT)→φ2 的关系: △μ1=-RT[x 1φ2-(X-21)φ22]产生相分离可能性 (1) φ2↑→φ2c (2) X 1↑→X 1c (3) T ↓→T 1cTP )(221φμ∂∆∂=0 φ2c =x10)(2212=∂∆∂TP φμ X 1c =x121+由X 1-21=Ψ1()1-Tθ当X 1= X 1c 时 T c =)111(1xψ+Θ 相分离时 φ2c =x1X 1c =x121+ T c =)111(1xψ+Θ § 膜渗透压法测分子量纯溶剂的化学位是溶剂在标准状态下的化学位, 为纯溶剂的蒸汽压溶液中溶剂的化学位p 1为纯溶剂的蒸汽压溶液中溶剂化学位与纯溶剂中化学位之差为对于恒温过程有如果总压力的变化值为根据Van’t Hoff方程,对于小分子而言而高分子不服从Raoult定律,则有将Flory-Huggins稀溶液理论中溶剂中化学位表达式代入把展开,在稀溶液中远小于1因为定义第二维利系数为第二维利系数可量度高分子链段与链段之间以及高分子与溶剂之间相互作用的大小。
聚合物的溶解以及溶度参数的意义高分子溶液是人们在生产实践和科学研究中经常遇到的对象。
例如,纤维工业中的溶液纺丝、塑料工业中的增塑以及像油漆、涂料和胶粘剂的配制等,都属于高分子浓溶液的范畴,而对于高分子溶液热力学性质的研究(如高分子—溶剂体系的混合热、混合熵、混合自由能)、动力学性质的研究(如高分子溶液的沉降、扩散、粘度)以及高聚物的分子量和分子量分布、高分子在溶液中的形态和尺寸、高分子的相互作用(包括高分子链段间和链段与溶剂分子间的相互作用)等的研究,所用溶液的浓度一般在1%以下,属于高分子稀溶液的范畴。
所谓溶解,是指溶质分子通过扩散与溶剂分子均匀混合成分散的均相体系,一般情况下,高聚物的溶解过程比小分子物质的溶解过程要缓慢的多。
这是由于高聚物分子与溶剂分子的尺寸相差悬殊,两者的分子运动速度存在着数量级的差别,因此溶剂分子能很快渗入高聚物,而高分子向溶剂的扩散却非常缓慢,因此高聚物的溶解过程要经历两个阶段:溶胀和溶解。
由于高聚物结构的复杂性:(1)分子量大并具有多分散性;(2)高分子链的形状有线形的、支化的和交联的;(3)高分子的聚集态存在有非晶态或晶态结构,所以高聚物的溶解过程比起小分子物质的溶解要复杂许多。
在高聚物与溶剂接触初期,由于高分子链很长,高分子间相互缠结,作用力很大,不易移动,所以高分子不会向溶剂中扩散。
但是高分子链具有柔性,链段由于热运动而产生空穴,这些空穴很快就被从溶剂中扩散而来的溶剂小分子所占据,高聚物体积胀大(溶胀)。
此时,整个高分子链还不能摆脱相互之间的作用而向溶剂分子中扩散。
不过,随着溶胀的继续进行,溶剂分子不断向高聚物内层扩散,必然就有愈来愈多的链单元与溶剂分子混合,使得高分子链间的距离逐渐增大,链间的相互作用力逐渐减少,致使愈来愈多的链单元可以松动。
当整个高分子链中的所有链单元都已摆脱相邻分子链间的作用,整链就松动了,就可以发生缓慢向溶剂中的扩散运动,高分子与溶剂分子相混合,最后完成溶解过程,形成均一的高分子溶液。